Апр 24

В. А. Корженьянц, И. И. Антуфьев, Ф. Ф. Кротков, Н. П. Пырлина, Т. Б. Богуславская

Для защиты экипажей и пассажиров в авиации, а в последнее время и на других видах транспорта применяются фиксирующие тело человека ремни. Они ограничивают перемещение туловища и предупреждают тем самым его соударение с ограждением или оборудованием кабины. Удовлетворительно защищая туловище, привязные системы не фиксируют голову, которая в зависимости от направления перегрузки может смещаться вперед, назад или в сторону. Если на пути ее движения нет препятствий, то чрезмерное сгибание шейного отдела (кивок головы) вызывает травму мягких тканей шеи и позвоночника.

Для предупреждения повреждений черепа при ударе головой о детали интерьера кабины применяются разнообразные защитные шлемы. Однако в этих случаях увеличение веса головы за счет шлема приводит к увеличению нагрузки на шейный и верхнегрудной отделы позвоночника и снижает его устойчивость к действию ударных перегрузок.

Материалы летных происшествий показывают, что у летного состава и пассажиров чаще травмируются голова и шея. Так, по данным Армстронга, повреждения головы и шеи наблюдались у 81,1% лиц, пострадавших при авариях самолетов. По данным Моусли, из всех видов переломов, имевших место при летных происшествиях в ВВС США за период с 1951 по 1953 гг., преобладали переломы позвоночника (35%). В последующие годы в связи с развитием реактивной авиации и ростом скоростей полета общее количество переломов позвоночника значительно возросло. В период с 1957 по 1961 гг. более половины серьезных повреждений при летных происшествиях приходилось на переломы позвоночника и травмы черепа (Белл, Чанн, 1964). Учитывая то обстоятельство, что повреждения головы и шеи всегда сопровождаются тяжелыми последствиями и нередко являются причиной смертельных исходов, вопрос о механизмах возникновения травм в этой области и мерах по их предупреждению является в настоящее время актуальным.

Целью настоящего исследования являлось изучение устойчивости костно-связочного аппарата в условиях динамических нагрузок на шейную и верхнюю часть грудного отделов позвоночника, а также выяснение особенностей локализации, механизма возникновения повреждений и способов защиты позвоночного столба в этих условиях.

Исследования проводились на малом стенде ударных перегрузок с использованием биоманекенов. Конструкция стенда включала в себя поворотный стол с укрепленным на нем креслом и резиновые амортизаторы, натяжение которых придавало столу определенную скорость. С помощью стенда достигалась скорость движения головы к моменту остановки поворотного стола до 12 м/сек. Время торможения стенда составляло не более 0,03 сек. Биоманекены размещались в кресле поворотного стола и фиксировались с помощью четырехточечной привязной системы. Изучение динамических нагрузок на позвоночник проводилось путем регистрации кинематических показателей и перегрузок. Скорость перемещения головы и угол ее сгибания при кивке регистрировались с помощью скоростной киносъемки (600 кадр/сек). Для измерения перегрузки на голове биоманекена устанавливались во взаимно перпендикулярных направлениях два датчика индуктивного типа.

После эксперимента производились препарирование и топографическое описание повреждений костно-мышечного препарата шейного и верхней части грудного отделов позвоночника. Костная ткань позвоночника в дальнейшем подвергалась рентгенологическому и гистологическому исследованиям. Результаты рентгенологического исследования сравнивались с данными топографо-анатомического изучения препарата.

Всего выполнено 38 экспериментов (три серии) при максимальной скорости движения поворотного стола стенда от 2,3 до 12 м/сек. При этом величины перегрузок на стенде, регистрируемые датчиком, установленным на уровне головы биоманекена, были в пределах от 25 до 230 ед.

В I серии экспериментов на голову биоманекена надевался обычный кожаный шлем, во II серии использовалось устройство, ограничивающее кивок головы вперед. В III серии на голове биоманекена находился имитатор защитного шлема. Данные, полученные в результате экспериментов, приведены в табл. 9.

Как видно из табл. 9, с увеличением скорости движения головы увеличивается угол ее сгибания и соответственно меняется характер повреждений в исследуемых тканях.

В первой серии экспериментов скорость движения головы, угол ее сгибания и поглощенная энергия кивка были различными.

Таблица 9

Повреждения позвоночника в зависимости от условий проведения экспериментов

Серии экспериментов Скорость движения головы,

м/ceк

Угол сгибания головы, град Поглощенная энергия кивка, кГм Количество экспериментов Характер и количество повреждений
кровоизлияние в мышцы разрывы связок компрессионные переломы тел позвоночника
глубокое поверхностное
I-A 4–5 95

(80–110)

3–4 8 3 0 0 0
1-Б 5–7 115

(100–130)

8–12 4 4 0 2 1
I-B 7–12 130

(110–145)

12–39 12 12 8 12 12
II 5–8 85

(80–90)

6–10 6 1 0 0 0
III 2–3 120

(100–140)

1,5–3 8 3 0 1 2

Различным оказался и характер повреждений. При скорости движения головы 4–5 м/сек и угле ее сгибания 80–110° в большинстве случаев морфологических изменений не определялось. Лишь в 3 случаях из 8 были обнаружены незначительные повреждения глубоких, прилегающих к позвоночнику мышц и разрывы мелких сосудов, вследствие чего возникали кровоизлияния, как в самих мышцах, так и в межмышечных клетчаточных пространствах (очаги шириною до 0,5–1,0 см). Эти повреждения локализовались на дорзальной поверхности позвоночника в месте наибольшего его изгиба – на уровне С6–Т2.

В 1-Б группе опытов (скорость движения головы – 5–7 м/сек, угол сгибания – 100–130°) наряду с повреждениями глубоких мышечных слоев имели место повреждения связок (2 случая) и костного вещества позвоночника (1 случай). Повреждения глубоких мышц были более обширными, отмечалось расслоение мышечных пучков, особенно выраженное в местах разрывов мышечных волокон. Подобные повреждения часто сопровождались кровоизлияниями и разрывами внутренних и наружных ветвей спинномозговых нервов. Нарушение целостности связочного аппарата позвоночного столба характеризовалось растяжением или разрывом (частичным или полным) надостистых, межостистых и реже желтых связок с кровоизлиянием в них. Повреждения мягких тканей, связок и мышц локализовались на дорзальной поверхности позвоночного столба на уровне С5–Т4. В одном эксперименте наблюдалось отслоение переднего отдела костно-замыкательной пластинки 1-го грудного позвонка.

При скорости движения головы 7–12 м/сек и угле сгибания 110–145° во всех опытах имелись обширные кровоизлияния в глубокие межмышечные пространства и мышцы задней поверхности позвоночника, возникающие из-за разрывов пучков растягивающихся мышц и нарушения целостности клетчатки. В 8 случаях из 12, кроме указанных повреждений, наблюдались изменения в поверхностных слоях мягких тканей в виде кровоизлияний в мышцы, их фасции, оболочки нервов, подкожно-жировую клетчатку. Такие повреждения мягких тканей сопровождались разрывами мышечных волокон и наружных ветвей спинномозговых нервов.

Область выраженных повреждений находилась на уровне С4–Т3, но иногда распространялась вверх до С2–С3 и вниз до Т68.

Во всех экспериментах этой серии отмечались разрывы и растяжения связок. Как правило, изменения наблюдались в одной связке, хотя были и множественные разрывы связок. Особенностью множественных повреждений являлось чередование травмированных и неповрежденных связок. Разрывы связок преимущественно локализовались в области позвонков С7–Т3.

Все опыты первой серии сопровождались травмой костной ткани. При скорости движения головы 7 м/сек и выше возникали выраженные передние компрессионные клиновидные переломы позвоночника, чаще повреждалась область T1–Т3. Степень нарушения целостности костной ткани при повреждении двух-трех верхнее-грудных позвонков была различной. Наряду с небольшим отслоением верхнего края пограничной пластинки имело место полное отделение костного фрагмента передне-верхнего отдела тела позвонка.

Вторая серия экспериментов проводилась с устройством, ограничивающим кивок головы вперед–вниз, то есть уменьшающим угол сгибания головы. Система фиксации головы состояла из лобного и подбородочного ремней, закрепленных сзади на грудном ремне, проходящем через область подмышечных впадин. Применение системы фиксации головы повышало устойчивость позвоночника к действию динамических нагрузок (см. табл. 9). Было проведено 6 экспериментов, которые позволили установить, что при скорости движения головы 5–8 м/сек угол сгибания ее уменьшается до 70–90° (в отличие от опытов первой серии); нарушений целостности мягких тканей шеи, связочного аппарата и костного вещества позвоночника не наблюдалось.

Для оценки влияния веса специального снаряжения на устойчивость позвоночника к динамическим нагрузкам была проведена третья серия опытов (имитатор шлема увеличивал вес головы на 2,5 кг). Применение имитатора привело к возникновению повреждений глубоких слоев мягких тканей, связок и костной ткани тел позвонков уже при скорости движения головы 2–3 м/сек, то есть при значительно меньших кинематических параметрах, чем в первой серии экспериментов. При этом угол наклона головы составлял 110–140°. Локализация и характер повреждений соответствовали данным, полученным в первой серии опытов.

Суммируя все вышеизложенное, можно отметить, что травмы мягких тканей шейного и верхнегрудного отделов позвоночника возникают при угле наклона головы свыше 100° во время свободного кивка со скоростью больше 4,5 м/сек вследствие действия сил инерции, когда перегрузки по вертикальной и горизонтальной осям превышают 10 и 12 ед соответственно. Повреждения костной структуры в виде отслоения пограничных пластинок от тел позвонков появляются, начиная со скорости 5,6 м/сек.

При воздействии динамических нагрузок на голову и шею биоманекена, вызывавших отклонение головы вперед–вниз, происходит выпрямление естественного шейного лордоза с последующим изгибом, приближающимся по форме к кифозу. Наклон головы больше чем на 100° относительно неподвижно закрепленного туловища вызывает повреждения мягких и костной тканей позвоночника и прилежащих к нему мышц. На внешней стороне изгиба преобладает деформация растяжения, а на внутренней – сжатия. В соответствии с этим характер повреждений был различным: на дорзальной поверхности шеи и спины возникали растяжения или разрывы мышц и связок, сопровождавшиеся кровоизлияниями; травмы вентральной поверхности позвоночника локализовались, как правило, на уровне T1–Т3 и имели вид компрессионных переломов передне-верхнего края тел позвонков.

Закономерное повреждение именно переднего края тел позвонков объясняется механизмом взаимодействия костных сегментов с мягкими тканями в процессе сгибания головы. Вследствие растяжения и разрыва межостистых и надостистых связок, а также нарушения целостности межпозвонковых дисков и капсул суставов создавались условия для смещения вперед отдельных позвонков. Выдвинувшийся позвонок надавливал своей нижней поверхностью на верхний край нижележащего позвонка. На этом участке возникала локальная нагрузка, превышавшая удельную прочность позвонка, что приводило к компрессионному перелому. Наибольшая интенсивность и локализация повреждений на уровне T1–Т3 обусловливалась отклонением подвижного шейного отдела позвоночника относительно неподвижного грудного отдела, движение которого ограничивалось фиксацией туловища привязными ремнями к креслу. С позиций теории сопротивления материалов эти условия можно рассматривать как задачу о консольно закрепленном стержне, когда на защемленный с одной стороны стержень действует сосредоточенная сила у свободного конца. Возникающие при этом изгибающие моменты сил имеют наибольшую величину в зоне защемления. Следовательно, наибольшее напряжение в позвоночнике будет возникать в области фиксации плечевыми ремнями, то есть на уровне перехода подвижного шейного отдела в неподвижный грудной. В этом месте находится главный центр вращения головы, который в основном и определяет характер ее траектории движения.

Поскольку позвоночник состоит из сегментов, соединенных между собой связками, а не является сплошным жестким стержнем, не исключается возможность вращения и на других уровнях. Об этом свидетельствуют анализ траектории движения головы, а также изредка наблюдавшиеся повреждения атлантозатылочной мембраны (Н. П. Пырлина, 1967) и нарушения целостности связок в области верхних шейных позвонков.

Таким образом, механизм повреждений позвоночника при кивке головы вперед–вниз определяется особенностями ее кинематики в условиях фиксации туловища привязной системой. Основной причиной травм является чрезмерное сгибание шейного отдела позвоночника. Отрицательное влияние изгиба состоит в возникновении момента силы, величина которого тем больше, чем больше сама сила и чем длиннее плечо, к которому она приложена. Исходя из этого, защитные меры для повышения переносимости ударных перегрузок должны быть направлены на ограничение сгибания позвоночника с учетом его биомеханики.

Определяющим в возникновении травмы является как величина динамической нагрузки на область головы, так и угол ее наклона вниз. Дополнительный вес головы за счет одетого шлема, увеличивая нагрузку, способствует возникновению повреждений позвоночника и, наоборот, применение устройств, ограничивающих свободный кивок головы вперед до 100°, препятствует появлению травмы.

Похожие статьи:

  1. Повреждения внутренних органов и функциональные нарушения в организме животных при действии ударных перегрузок приземления С. А. Гозулов, Р. А. Двуреченская, Л. Я. Дивина, В....
  2. Патоморфология ударных перегрузок В. Г. Петрухин, К: Б. Рыклин Закономерности развития структурных нарушений...
  3. Повреждения позвоночника при воздействии ударных перегрузок на человека В. А. Корженьянц, Н. И. Фролов Действие ударных перегрузок во...

автор admin \\ теги: , ,



Написать ответ

Вы должны войти чтобы комментировать.